聚脲甲醛緩釋氮肥一次性基施在雙季稻上的應用效果

黃巧義，張木，黃旭，唐拴虎，張發寶，逄玉萬，易瓊，李蘋，付弘婷

?

聚脲甲醛緩釋氮肥一次性基施在雙季稻上的應用效果

黃巧義，張木，黃旭，唐拴虎，張發寶，逄玉萬，易瓊，李蘋，付弘婷

（廣東省農業科學院農業資源與環境研究所/農業部南方植物營養與肥料重點實驗室/廣東省養分資源循環利用與耕地保育重點實驗室，廣州 510640）

【目的】研究聚脲甲醛緩釋肥在華南雙季稻上的肥料效應，探討基于聚脲甲醛緩釋肥的雙季稻一次性施肥技術的可行性，為華南雙季稻輕簡化、增效減氮施肥技術提供依據。【方法】試驗以常規稻品種金香絲苗為供試材料，采用早、晚稻兩季作物大田試驗，在施氮量為180 kg·hm-2的水平下，依聚脲甲醛的氮利用率相當于普通尿素的1.0、1.3、1.6和1.9倍，設定聚脲甲醛緩釋氮肥減氮0、23%、38%、47%（UF1、UF2、UF3、UF4）一次性基施，常規分次施肥處理（CF，基肥 50%、返青肥 20%、拔節肥 30%）和不施氮處理（CK），所有處理磷鉀的用量分別為 P2O555 kg·hm-2、K2O 130 kg·hm-2，肥源分別為過磷酸鈣和氯化鉀。研究聚脲甲醛一次性基施及減氮處理對雙季稻產量、生物量、地上部氮磷鉀養分積累量、氮肥利用率、土壤無機態氮含量的影響。【結果】（1）在等氮條件下，聚脲甲醛緩釋肥一次性基施處理（UF1）的早、晚稻籽粒產量與常規分次施肥處理（CF）基本持平；聚脲甲醛減氮23%一次性基施處理（UF2）對早、晚稻的籽粒產量沒有顯著影響；聚脲甲醛減氮38%一次性基施（UF3處理的早稻籽粒產量顯著降低，較CF處理減產7.52%；聚脲甲醛減氮47%一次性基施處理（UF4）的早、晚稻產量均顯著低于CF處理，其降幅分別為9.84%和9.75%。（2）UF4處理的早、晚稻有效穗數較CF處理每兜少了0.80和0.39個有效穗，其中早稻的降幅達到顯著水平（＜0.05），UF1、UF2和UF3處理的早、晚稻有效穗數、每穗實粒數、結實率和千粒重與CF處理無顯著差異。（3）與常規施肥相比，UF1和UF2處理的早、晚稻氮、磷、鉀含量及其吸收累積量均無顯著差異，UF3處理的晚稻秸稈氮含量和氮素累積量降低了30.73%、23.60%（＜0.05），UF4處理的晚稻稻草和籽粒氮含量顯著降低（＜0.05），早、晚稻的氮素累積量分別降低22.82%、26.82%（＜0.05）。（4）UF2、UF3、UF4處理的氮肥偏生產力高于CF處理，兩季平均增幅分別為24.37%、49.24%、70.89%，UF1、UF2、UF3、UF4處理的氮肥農學效率、氮肥利用率（當季回收率）和氮肥生理利用率均較CF處理無顯著性差異。（5）收獲期UF處理的土壤堿解氮含量較CF處理無顯著性差異，其全氮含量稍高于CF處理。因此，聚脲甲醛緩釋肥可作為早、晚稻一次性施肥的技術載體。【結論】在早、晚稻生產過程中，聚脲甲醛減氮23%一次性基施處理均獲得了穩定且較高的產量和氮肥利用率，且其施肥成本與常規分次施肥方式持平，可作為早、晚稻輕簡化施肥和氮肥減施的有效途徑。

水稻；聚脲甲醛緩釋肥；一次性施肥；氮肥利用效率；產量

0 引言

【研究意義】水稻是我國重要的糧食作物，化肥是充分發揮水稻增產潛力、稻米品質的重要保障，在保障我國糧食安全中起著不可替代的支撐作用[1-2]。水稻高產栽培技術的多次施肥操作方式繁瑣，技術要求高，在實際生產中推廣難度大[3]。隨著輕壯勞動力向城鎮遷移，農村勞力減弱；另一方面，破碎化農田逐漸向規模化發展，輕簡水稻施肥勢在必行。另一方面，因過量施肥和肥料養分利用低已引發土壤酸化、水體富營養化、溫室氣體排放等環境生態問題[1,4]。改進施肥技術、升級化肥效能，是實現糧食進一步增產與環境保護平衡的重要途徑[1,4-5]。【前人研究進展】緩/控釋肥料是近年來肥料研究的熱點方向，具有養分有效期長，利用率高，節肥省工，環境友好等突出優勢[2,6]。研究表明，基于緩控釋尿素為技術載體的水稻一次性施肥技術，可降低施肥勞力成本，且能提高肥料利用效率[7-10]。但是，當前控釋型肥料的生產成本較高，在大田作物上應用的經濟效益低，其推廣應用受限[11]。脲甲醛是最早生產、應用面積最大的緩釋肥料，具有大田推廣應用潛力；脲甲醛氮釋放緩慢，效期長，且能被微生物完全降解，環境友好無殘留[12-14]。已有田間試驗表明，施用脲甲醛可提高小白菜、玉米、萵苣等作物的產量和氮肥利用率[12,15-17]。經尿素和甲醛多次縮聚形成聚脲甲醛，相對于普通脲甲醛，聚脲甲醛具有更優越的氮緩釋效果和高氮肥利用率[18-20]。YAMAMOTO等[14]通過水培試驗研究，在培養100 h后，聚脲甲醛的尿素累積釋放速率約僅有普通脲甲醛的75%，他們認為聚化度是尿素延遲釋放的關鍵因子。GIROTO等[21]研究發現，施用聚脲甲醛的土壤有效銨態氮含量顯著低于普通脲甲醛，可顯著降低土壤氮流失。目前，在國內外已有大量基于聚脲甲醛的緩釋氮肥生產專利，也有聚脲甲醛緩釋肥在玉米和小麥上的田間應用效果研究[14,18]，但國內關于聚脲甲醛的田間應用驗證報道尚少。【本研究切入點】聚脲甲醛是成本相對低廉、生產工藝相對簡單且環境友好的綠色安全型緩釋肥，盡管其研發歷史較早，但我國對其肥效評價體系，尤其在大田糧食作物上，仍不夠完善[16]。聚脲甲醛緩釋肥的養分釋放效率對作物生長及產量的影響顯著受氣候、土壤和作物條件的影響，而圍繞聚脲甲醛緩釋肥在水稻輕簡化施肥上的應用研究尚少。【擬解決的關鍵問題】我國華南雙季稻區降雨強度大，養分流失風險大，本研究探討基于聚脲甲醛緩釋肥在我國華南雙季稻區水稻一次性施肥技術的可行性，研究在等氮和減氮條件下聚脲甲醛緩釋肥料一次性施用對水稻產量、養分吸收累積量、土壤肥力的影響，為聚脲甲醛緩釋肥的推廣應用提供理論支撐，同時為我國化肥減量的實施提供技術選擇。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

田間試驗于2016年3—7月在廣東南部江門市臺山市都斛鎮萬畝水稻示范片（112.58°E，22.05°N）進行，該地區屬于亞熱帶海洋性季風氣候，年平均氣溫21.8℃，無霜期平均360 d以上，年均降雨量約1 936 mm, 且瀕臨南海，水資源豐富，具有農業發展的絕對優勢，年平均水稻種植面積達4 500 hm2以上。供試土壤的土壤類型為赤紅壤，土壤質地為黏壤。0—20 cm土層土壤有機質含量31.7 g·kg-1、全氮1.79 g·kg-1、堿解氮265.00 mg·kg-1、有效磷43.06 mg·kg-1、速效鉀129.48 mg·kg-1、pH 5.12。

1.2 供試材料

供試肥料：供試氮肥包括常規尿素（含N 46%），聚脲甲醛（含N 39%）由鄭州高富肥料有限公司提供，磷肥為重過磷酸鈣（含P2O546%），鉀肥為氯化鉀（含K2O 60%），硅肥采用鈣鎂硅顆粒肥。

供試作物：水稻，品種為金香絲苗。早稻于2016年3月22日移栽，7月7日收獲；晚稻于2016年8月21日移栽，12月1日收獲。

1.3 試驗設計

在假設聚脲甲醛的氮利用率相當于普通尿素1.0、1.3、1.6和1.9倍的前提下，本文設置了聚脲甲醛的施氮量分別為常規施氮量的100%、77%、62%、53%，也就是減氮0、23%、38%、47%。其中，按照聚脲甲醛的氮利用率相當于普通尿素1.3倍設置的聚脲甲醛一次性基施和普通尿素多次追肥的綜合成本相等，按1.6倍設置的聚脲甲醛一次性基施和普通尿素多次追肥的原材料相等。采用單因素設計，設6個處理：（1）不施氮對照（CK）；（2）常規分次施肥（CF）；（3）UF1：聚脲甲醛一次性基施，全量施氮（180 kg N·hm-2）；（4）UF2：聚脲甲醛一次性基施，減氮23%（139 kg N·hm-2）；（5）UF3：聚脲甲醛一次性基施，減氮38%（112 kg N·hm-2）；（6）UF4：聚脲甲醛一次性基施，減氮47%（95 kg N·hm-2）。每個處理4次重復，小區面積20 m2，共24個小區，隨機區組排列。磷肥、鉀肥用量分別為60 kg P2O5·hm-2、150 kg K2O·hm-2，均在秧苗移栽前1 d做基肥一次性施入。小區土壤先用鋤頭和鐵耙整理平整，控制田間水層高度約為3 cm，將肥料撒施均勻，然后用鐵齒耙及木耙將肥料混入表土中。常規分次施肥分3次施肥：基肥 50%，返青肥 20%、拔節肥 30%。小區間筑埂后用塑料薄膜包覆隔離，實行單獨排灌，防止水、肥滲透。水稻行距20 cm，株距20 cm。其他田間管理與大田一致，按照常規方式進行。

1.4 樣品采集與測定

田間試驗開始前采集0—20 cm耕層土樣，用于測定pH、有機質、堿解氮、有效磷和速效鉀。成熟期每小區采集5穴谷穗樣品用于考種，進行水稻產量構成因子評價；并采集代表性植株2穴用于生物量及含氮量的測定，測定稻谷和稻草的氮含量。成熟期采集各小區耕層土樣，用于全氮和堿解氮測定。各小區單打單曬，分別測產。

生物量測定：樣品采集后立即洗凈、擦干，將稻谷和稻草分開，在105℃下殺青30 min，再在75℃下烘干至恒重。

植株含氮量測定：將各處理的莖葉和穗部樣品在105℃下殺青30 min，隨后在75℃下烘至恒重，粉碎后過0.5 mm篩，采用H2SO4-H2O2消煮，AA3型自動分析儀測定。

土壤樣品經風干過篩后，采用常規土壤農化分析方法進行理化分析[22]。土壤pH（2.5﹕1）用酸度計電位法，有機質用重鉻酸鉀容量法，土壤堿解氮用堿解擴散法，全氮用凱氏定氮法，有效磷用Olsen 法，速效鉀用醋酸銨浸提-火焰光度法測定。

1.5 有關指標計算與統計方法

地上部氮素積累量（aboveground portion N accumulation rate，kg·hm-2）=地上部干物重×地上部干物質含氮量；

氮肥農學效率（NAE，Agronomic efficiency of N fertilizer，kg?kg-1）=（施氮區籽粒產量-對照區籽粒產量）/施氮量；

氮肥偏生產力（PFPN，Partial factor productivity of N fertilizer，kg?kg-1）=施氮區籽粒產量/施氮量；

氮肥利用率（NRE，N recovery efficiency，%）=（施氮區地上部吸氮量-對照區地上部吸氮量）/施氮量′100；

氮素生理利用率（NPE，Physiological efficiency of N fertilizer，kg?kg-1）=（施肥區籽粒產量-對照區籽粒產量）/（施肥區地上部氮吸收量-對照區地上部氮吸收量）。

計算上述參數以不施氮肥處理（CK）為對照。

采用Microsoft Excel 2007 和R軟件進行數據統計及做圖。

2 結果

2.1 不同施肥處理對水稻籽粒產量及產量構成要素的影響

從圖1可見，施氮顯著提高水稻籽粒產量（＜0.05），早、晚稻施氮處理較不施氮處理CK分別平均增產9.08%和16.17%。UF1和UF2處理的早、晚稻籽粒產量與CF處理沒有顯著差異；UF3處理的早稻籽粒產量顯著低于CF處理，減產7.63%，晚稻的籽粒產量無顯著性差異；UF4處理的早、晚稻籽粒產量均顯著低于CF處理（＜0.05），分別減產9.84%和9.75%。

不同字母表示差異達5%顯著水平。下同

從表1可見，與不施氮處理CK相比，施氮顯著提高水稻有效穗數（＜0.05）。UF4處理的早、晚稻有效穗數較CF處理每兜少了0.8和0.39個有效穗，其中早稻的降幅達到顯著水平（＜0.05）， UF1、UF2和UF3處理的有效穗數與CF處理沒有顯著差異。施氮處理的早、晚稻平均結實率較CK處理降低了7.65%和2.99%，其中早稻的降幅達到顯著水平（＜0.05）。UF處理和CF處理的早、晚稻結實率沒有顯著差異。施氮處理的早、晚稻平均實粒數較CK 處理提高了8.47和6.86粒/穗，UF處理和CF處理的早、晚稻每穗實粒數沒有顯著差異。不同施肥處理對水稻的千粒重沒有顯著影響。

2.2 不同施肥處理對水稻氮、磷、鉀含量的影響

從表2可見，與CK處理相比，CF、UF1和UF2處理的兩季稻草氮平均含量分別提高了72.57%、54.18%、50.37%，籽粒氮平均含量分別提高了28.59%、16.76%、19.00%，達顯著水平（＜0.05）；UF3處理的早稻稻草和籽粒氮含量分別提高了54.76%和21.56%，達顯著水平（＜0.05），晚稻期間該差異不顯著；與CF處理相比，UF4處理顯著提高了早稻稻草的氮含量（＜0.05），其增幅為48.47%，早稻籽粒、晚稻稻草和晚稻籽粒的氮含量均差異不顯著。與CF處理相比，UF1和UF2處理的兩季水稻稻草和籽粒氮含量差異不顯著，UF3處理的晚稻稻草氮含量降低了30.73%，達顯著水平（＜0.05），UF4處理的晚稻稻草和籽粒氮含量均顯著降低（＜0.05），其降幅分別為36.39%和18.83%。不同施肥處理對水稻稻草和籽粒的磷、鉀含量沒有顯著影響。

2.3 不同施肥處理對水稻生物量及養分累積量的影響

從圖2可見，施氮處理較不施氮處理顯著提高了早、晚稻的地上部分干物質量和氮素累積量，以及顯著提高了晚稻的磷、鉀累積量（＜0.05）。與CK處理相比，CF、UF1、UF2、UF3、UF4處理兩季水稻地上部分平均干物質量分別提高了17.03%、16.93%、15.87%、11.52%、7.66%，平均氮素累積量分別提高了65.75%、49.54%、48.94%、33.40%、24.48%，平均磷素累積量分別提高了21.32%、20.60%、19.52%、13.56%、8.29%，平均鉀素累積量分別提高了22.59%、17.12%、14.66%、14.46%、6.29%。與CF處理相比，UF1、UF2處理的早、晚稻的地上部分干物質量、氮素累積量、磷素累積量和鉀素累積量均差異不顯著，UF3處理的晚稻氮素累積量顯著降低（＜0.05），下降了23.60%，UF4處理的兩季地上部分干物質量和氮素累積量均顯著降低（＜0.05），兩季平均下降了8.03%、24.82%，且其晚稻鉀素累積量也顯著降低（＜0.05），降幅為16.15%。

表1 不同施肥處理的水稻產量構成因素

表中同列的不同字母表示差異達5%顯著水平（LSD-test,＜0.05）。下同

Different small letters in the same column meant significant difference at 0.05 level among treatments. The same as below

表2 不同施肥處理的水稻養分含量

圖2 不同施肥處理對水稻干物質和氮磷鉀積累的影響

2.4 不同施肥處理對水稻氮肥利用率的影響

從表3可見，不同施肥處理顯著影響水稻的氮肥偏生產力，隨著施氮量的降低，水稻的氮肥偏生產力逐漸提高。與CF處理相比，UF2、UF3、UF4處理的氮肥偏生產力顯著提高（＜0.05），兩季平均增幅分別為24.37%、49.24%、70.89%。UF1、UF2 、UF3、UF4處理的氮肥農學效率、氮肥利用率和氮肥生理利用率在本實驗條件下與CF處理無顯著性差異。

表3 不同施肥處理的水稻氮肥利用率

2.5 不同施肥處理對收獲期土壤全氮和速效氮、磷、鉀含量的影響

從表4可見，不施氮處理的堿解氮和全氮含量均較低，但差異不顯著。隨著施氮量的提高，土壤的堿解氮和全氮含量呈現逐漸提高的變化趨勢，但差異不顯著。UF處理的土壤堿解氮基本與常規分次施肥一致，而全氮含量稍高于常規分次施肥處理，但差異不顯著。

表4 不同施肥處理對收獲期土壤速效氮和全氮含量的影響

3 討論

輕簡化施肥是我國水稻施肥技術發展的方向和趨勢。緩/控釋肥通過對肥料進行改型改性，緩解/控制肥料養分釋放速率，從而可以實現水稻一次性施肥[9,23-24]。脲甲醛是國際上最早研制的緩釋肥料，由甲醛和尿素經過化學縮合反應而形成的縮合物，從而降低肥料的溶解度，延長養分釋放期[13,25]。聚脲甲醛是脲甲醛的升級產品，經尿素與甲醛的多次縮聚而制成，能進一步提高氮素的緩釋效果[14,19-20]。本試驗以聚脲甲醛為緩釋氮肥，探討其在水稻一次性施肥方式上的應用效果。結果表明，在等氮條件下，基于聚脲甲醛緩釋肥料一次性施肥處理的水稻產量基本與常規分次施肥處理持平。由此可見，聚脲甲醛一次性基施能夠基本滿足水稻整個生育期的養分需求，可作為水稻輕簡化施肥的技術載體。也有研究發現，以脲甲醛作為緩釋肥料的夏玉米一次性施肥，可以顯著提高夏玉米產量，且增產幅度高于控釋尿素[16-17]。YAMAMOTO等[14]研究發現，普通尿素在液體介質中很快就全部釋放出來（約5 h），聚脲甲醛的累積釋放曲線則呈緩慢增長趨勢，培養100 h后的累計釋放率僅60%左右，顯著低于普通尿素和脲甲醛。VERSTRAETEN等[20]發現，聚脲甲醛具有明顯的緩釋效果，其礦化動態呈現出先大幅增加后逐漸減緩的變化趨勢，施用1周后的釋放速率較大（約50%聚脲甲醛被礦化），之后逐漸減緩，在施用6周后，約70%—85%的聚脲甲醛被礦化降解。聚脲甲醛前期較快的礦化速度可滿足水稻前期營養生長旺盛分蘗所需的較高強度氮營養，后期明顯的緩釋效果有助于為水稻生長提供持續穩健的氮素供應。土培模擬試驗發現，施用聚脲甲醛后土壤的速效銨態氮和硝態氮含量的增長速率顯著低于尿素和脲甲醛處理，培養30 d后土壤速效氮含量仍呈逐漸增加趨勢，而尿素和脲甲醛處理則在施用10 d后達到最高值[14]。何佩華等[26]通過盆栽試驗發現，脲甲醛緩釋肥施用60—300 d后仍能平穩的釋放供給有效氮，表明聚脲甲醛具有明顯的緩釋效用，這在一定程度上從材料機理上支撐了廣東省雙季稻應用聚脲甲醛一次性基施技術的穩產機制。

聚脲甲醛施用進入土壤后，須經溶解、化學水解和經微生物分解形成銨態氮、二氧化碳和水，才能被植物吸收利用[27]。研究發現，聚脲甲醛的聚合度顯著影響脲甲醛的溶解反應，從而影響氮的釋放速率[14,20-21]。另外，脲甲醛的緩釋效果和施用效應顯著受濕度、溫度和土壤pH等環境因子和微生物活性的影響[27-28]，因此，現階段尚無脲甲醛在田間釋放機理和模型的規范化標準[17]。研究發現，酸性環境可促進聚脲甲醛的分解反應，從而促進氮的釋放[20]。本試驗在典型的華南雙季稻區開展試驗，供試土壤pH 5.1，屬于典型酸性土壤，酸性土壤環境可能會促進聚脲甲醛的分解和礦化過程[20,29]。研究表明，隨著土壤濕度的增加，聚脲甲醛的礦化速度逐漸提高，當土壤濕度為50%飽和狀態時，聚脲甲醛的礦化速率最快[30-31]。在稻作利用方式下，土壤基本處于淹水濕潤狀態，可能會促進聚脲甲醛的水解和分解反應，其影響效應還有待進一步研究探討。溫度是影響聚脲醛肥料氮素釋放的另一重要環境條件，研究表明，當土壤溫度低于35℃時，聚脲醛肥料的氮礦化速率隨著土壤溫度的提高而提高，而當土壤溫度高于35℃，脲甲醛的氮礦化速率反而降低[20,30]。本試驗發現，在廣東省早、晚稻應用聚脲甲醛一次性基施處理的水稻產量與普通尿素多次使用的常規施用處理基本持平，表明聚脲甲醛一次性基施技術可適用于早、晚稻生產。在早稻期間，氣溫和土溫逐漸提高，前期土壤溫度較低，可能會降低聚脲甲醛的分解和礦化速率，氮素釋放速率緩慢；另一方面，因氣候相對較低，水稻生長也較緩慢，對氮素營養的需求相對較小；隨著水稻生育期的推進，土溫逐漸提高，聚脲甲醛的礦化速率逐漸提高，同時，水稻也隨著溫度的提高進入旺盛分蘗期、拔節和孕穗期，對氮素營養需求大幅度提高。而在晚稻期間，氣溫和土溫則呈逐漸降低的變化趨勢，在水稻移栽前期氣溫高，水稻很快進入快速分蘗期，對氮素需求較大；另一方面，此時較高的土壤溫度可促進聚脲甲醛的分解和礦化，從而滿足水稻快速營養生長的養分需求。因此，早、晚稻期間的氣溫變化趨勢對聚脲甲醛的氮素釋放速率的影響與水稻生長對氮素的需求動態相符合。本試驗結果還表明，早稻聚脲甲醛施肥處理的有效穗數低于常規分次施肥處理，其中減氮處理降幅達到顯著水平；而在晚稻期間，聚脲甲醛施肥處理的有效穗數基本與常規施肥處理相當，但收獲期稻草和籽粒的氮含量低于常規施肥處理，其中減氮處理的降幅達到顯著水平。這可能是由于早稻前期土溫過低對聚脲甲醛分解作用的抑制效果較強，以致影響水稻分蘗動態；而晚稻期間前期土壤溫度過高，使大部分聚脲甲醛被礦化釋放，導致水稻生長后期氮養分供應不足。由此可見，聚脲甲醛的氮素釋放速率對溫度的響應使其基本吻合華南早、晚稻生產中對氮素的需求規律，可作為早、晚稻一次性施肥技術的技術載體，但仍存在早稻前期養分供應不足、晚稻后期缺肥的風險，這也為進一步開發適用于早、晚稻的聚脲甲醛緩釋肥提供啟示和思路。

緩/控釋氮肥通過緩解、控制氮素釋放速率，可以減少淋溶、徑流等途徑的氮流失，提高氮肥施用效率，是水稻化肥增效減施的重要途徑[16,24,32]。研究發現，控釋尿素減氮15%—50%條件下，仍能達到常規尿素分次施肥的水稻產量水平，且能有效降低氮素流失風險[24,33-34]。有研究者比較了不同緩釋肥類型的施用效果，發現脲甲醛對氨揮發的抑制效應優于樹脂包膜尿素[16]，且在等氮條件下，脲甲醛緩釋肥的水稻產量高于樹脂包膜尿素和硫包衣尿素[35-36]。本研究結果表明，采用聚脲甲醛緩釋肥一次性基施的施肥技術，減氮23%時對水稻產量、產量構成因子、以及植株氮含量沒有顯著影響；而減氮38%以上時，水稻產量、結實率、植株氮含量顯著降低。由此可見，基于聚脲甲醛緩釋肥的水稻化肥減施施肥技術具有可行性。魯艷紅等[33]研究發現，控釋尿素減氮30%可能對當季水稻產量沒有顯著影響，但會導致土壤氮含量降低。許仙菊等[37]也擔憂緩釋氮肥連續減氮24.3%的施肥方式可能會削減土壤氮儲存量，可持續性還有待檢驗。本試驗研究結果表明，在等氮條件下，施用聚脲甲醛處理的土壤堿解氮和全氮含量與常規分次施肥處理沒有顯著差異，當聚脲甲醛處理減氮47%時，土壤的堿解氮含量較低，但差異不顯著。聚脲甲醛含有速效和緩釋形態的氮：游離尿素、冷水可溶氮、冷水不溶熱水可溶氮和熱水不溶氮，其緩釋效果逐漸提高[12,17]。冷水可溶氮的養分釋放周期約為幾周，冷水不溶熱水可溶氮的釋放期可達數月，而熱水不溶氮的釋放期則更長，甚至延效數年[12,38]。聚脲甲醛中的冷水不溶熱水可溶氮和熱水不溶氮在水稻當季，甚至下季生長周期過程中仍處于封閉無效的狀態，并可能轉化為膠體被土壤吸附，降低養分流失風險，對土壤速效氮和全氮含量影響不大，這可能是不同處理的土壤氮含量沒有差異的原因[12,39-40]。通過15N示蹤也研究發現，聚脲甲醛施用后主要以有機氮形態存在，對土壤速效銨態氮影響不大[41]。本試驗結果也表明，施用聚脲甲醛處理的土壤全氮含量較常規分次施肥處理有所提高，因試驗僅進行了兩季，其增幅并不顯著。另一方面，本試驗供試土壤的有機質含量較高，對土壤全氮和有效氮的緩沖性能大，也可能是不同處理間的土壤氮含量沒有顯著差異的原因。

脲甲醛肥料施用到土壤后，被微生物分解形成尿素和甲醛[27]，其中尿素被礦化為銨態氮后被植物吸收利用，而甲醛則立刻被微生物通過碳代謝途徑同化消解[42]。研究發現，連續施用脲甲醛緩釋肥料會引起土壤微生物群落結構的改變，使脲甲醛分解和降解的功能微生物的豐度提高，從而提高脲甲醛的分解速率[27,42]。同時，施用脲甲醛還可能使土壤中的有益微生物，或者潛在的植物致病菌富集，因此，連續施用聚脲甲醛對土壤微生物群落，及對作物的影響也逐漸引起人們關注[42]。因此，連續施用脲甲醛肥料的養分緩釋效果、增產效應以及對土壤微生物和作物生長的影響還有待進一步考察。

4 結論

在本試驗條件下，基于聚脲甲醛緩釋肥的水稻一次性施肥技術的早、晚稻籽粒產量、植株養分含量和吸收累積量均與常規分次施肥處理基本持平；當聚脲甲醛減氮23%一次性基施時，早、晚稻的養分含量、養分吸收累積量和籽粒產量均沒有顯著降低；當聚脲甲醛減氮38%一次性基施時，早稻籽粒產量顯著降低；當聚脲甲醛減氮47%一次性基施時，早、晚稻的籽粒產量和干物質量均顯著降低。聚脲甲醛緩釋肥一次性基施對氮肥利用率和土壤氮含量沒有顯著影響。

綜上，聚脲甲醛緩釋肥可作為早、晚稻一次性施肥的技術載體，聚脲甲醛減氮23%一次性基施的施肥成本與常規分次施肥方式持平，其不僅能保證水稻充分的氮素營養，而且能實現一次性施用，減少施肥的人工成本，緩解農村勞動力不足，是水稻輕簡化施肥和氮肥減施的有效途徑。

[1] 趙玉芬, 尹應武. 我國肥料使用中存在的問題及對策. 科學通報, 2015, 60(36): 3527-3534.

ZHAO Y F, YI Y W. Key scientific problems on establishing green fertilizer ensurance system., 2015, 60: 3527-3534. (in Chinese)

[2] 朱兆良, 金繼運. 保障我國糧食安全的肥料問題. 植物營養與肥料學報, 2013, 19(2): 259-273.

ZHU Z L, JIN J Y. Fertilizer use and food security in China., 2013, 19(2): 259-273. (in Chinese)

[3] 彭少兵, 黃見良, 鐘旭華, 楊建昌, 王光火, 鄒應斌, 張福鎖, 朱慶森, Roland B, Christian W. 提高中國稻田氮肥利用率的研究策略. 中國農業科學, 2002, 35(9): 1095-1103.

PENG S B, HUANG J L, ZHONG X H, YANG J C, WWANG G H, ZHOU Y B, ZHANG F S, ZHU Q S, ROLAND B, CHIRISTIAN W. Research strategy in improving fertilizer-nitrogen use efficiency of irrigated rice in China.2002, 35(9): 1095-1103. (in Chinese)

[4] ZHU Z L, CHEN D L. Nitrogen fertilizer use in China-Contributions to food production, impacts on the environment and best management strategies.2002, 63(2): 117-127.

[5] ZHANG W F, CAO G X, LI X L, ZHANG H Y, WWANG C, LIU Q Q, CHEN X P, CUI Z L, SHEN J B, JIANG R F, MI G H, MIAO Y X, ZHANG F S, DOU Z X. Closing yield gaps in China by empowering smallholder farmers.2016, 537(7622): 671-674.

[6] 白由路. 植物營養與肥料研究的回顧與展望. 中國農業科學, 2015, 48(17): 3477-3492.

BAI Y L. Review on research in plant nutrition and fertilizers.2015, 48(17): 3477-3492. (in Chinese)

[7] 張木, 唐拴虎, 張發寶, 黃巧義, 黃旭. 60天釋放期緩釋尿素可實現早稻和晚稻的一次性基施. 植物營養與肥料學報, 2017, 23(1): 119-127.

ZHANG M, TANG S H, ZHANG F B, HUANG Q Y, HUANG X U. Slow-release urea with 60-day period are suitable for one basal application in early and late rice., 2017, 23(1): 119-127. (in Chinese)

[8] 辛志遠, 王昌全, 申亞珍, 馬菲, 周健民, 杜昌文. 水基包衣控釋摻混肥料一次性施用對單季稻氮素利用的影響. 農業環境科學學報, 2016, 35(01): 109-114.

XIN Z Y, WANG C J, SHEN Y Z, MA F, ZHOU J M, DU C W.Effect of single application of water-borne polymer coated controlled- release blend fertilizer on nitrogen utilization in rice., 2016, 35(1): 109-114. (in Chinese)

[9] 唐拴虎, 楊少海, 陳建生, 徐培智, 張發寶, 艾紹英, 黃旭. 水稻一次性施用控釋肥料增產機理探討. 中國農業科學, 2006, 39(12): 2511-2520.

TANG S H, YANG S H, CHEN J S, XU P Z, ZHANG F B, AI S Y, HUANG X.Studies on the mechanism of single basal application of controlled-release fertilizers for increasing yields of rice (L.).2006, 39(12): 2511-2520. (in Chinese)

[10] 張敬昇, 李冰, 王昌全, 向毫, 周楊洪, 尹斌, 梁靖越, 付月君. 控釋氮肥與尿素摻混比例對作物中后期土壤供氮能力和稻麥產量的影響. 植物營養與肥料學報, 2017, 23(1): 110-118.

ZHANG J S, LI B, WANG C H, XIANG H, ZHOU Y H, YI B, LIANG J Y, FU Y J.Effects of the blending ratio of controlled release nitrogen fertilizer and urea on soil nitrogen supply in the mid-late growing stage and yield of wheat and rice.2017, 23(1): 110-118. (in Chinese)

[11] 劉寧, 孫振濤, 韓曉日, 戰秀梅, 楊勁峰. 緩/控釋肥料的研究進展及存在問題. 土壤通報, 2010, 41(4): 1005-1009.

LIU N, SUN Z T, HAN X R, ZHAN X M, YANG J F.Research progress and existing problems on slow/controlled release fertilizers.2010, 41(4): 1005-1009. (in Chinese)

[12] 黃麗娜, 魏守興. 脲甲醛肥料合成及應用研究現狀. 農學學報, 2015, 5(7): 76-80.

HUANG L N, WEI S X, The status research on synthesis and application of urea formaldehyde fertilizer.2015, 5(7): 76-80. (in Chinese)

[13] 許秀成, 李蒔萍, 王好斌. 脲甲醛肥料在我國發展的可行性. 磷肥與復肥. 2009, 24(6): 5-7.

XU X C, LI D P, WANG H B, The feasibility of development for urea-formaldehyde fertilizers in China., 2009, 24(6): 5-7. (in Chinese)

[14] YAMAMOTO C F, PEREIRA E I, MATTOSO L H C, RIBEIRO. Slow release fertilizers based on urea/urea–formaldehyde polymer nanocomposites., 2016, 287: 390-397.

[15] AWAAD M S, BADR R A, ABDELRAHMAN. Effects of different nitrogen and potassium sources on lettuce (L.) yield in a sandy soil., 2016, 5(4): 299-306.

[16] 周麗平, 楊俐蘋, 白由路, 盧艷麗, 王磊, 倪露. 不同氮肥緩釋化處理對夏玉米田間氨揮發和氮素利用的影響. 植物營養與肥料學報, 2016, 22(6): 1449-1457.

ZHOU L P, YANG L P, BAI Y L, LU Y L, WANG L, MI L.Comparison of several slow-released nitrogen fertilizers in ammonia volatilization and nitrogen utilization in summer maize field., 2016, 22(6): 1449-1457. (in Chinese)

[17] 倪露, 白由路, 楊俐蘋, 盧艷麗, 王磊, 周麗平. 不同組分脲甲醛緩釋肥的夏玉米肥料效應研究. 中國農業科學, 2016, 49(17): 3370-3379.

NI L, BAI Y L, YANG L P, LU Y L, WANG L, ZHOU L P. The effect of urea-formaldehyde fertilizer under different components by summer maize.2016, 49(17): 3370-3379. (in Chinese)

[18] CAHILL S, OSMOND D, CROZIER C, ISRAEL D, WEISZ R.Winter Wheat and maize response to urea ammonium nitrate and a new urea formaldehyde polymer fertilizer., 2007, 99(6): 1645.

[19] 王勇, 萬濤. 環保型長效化肥聚脲甲醛的合成研究. 土壤通報, 2001, 32(2): 73-74.

WANG Y, WAN T. Synthesis of poly urea formaldehyde, an environmental protection and controlled release chemical fertilizer.2001, 32(2): 73-74. (in Chinese)

[20] VERSTRAETEN L M J, SEGHERS I, TASLIM H. Mineralization of poly-(methylene-ethylidene)-polyurea., 1979, 25(1): 1-8.

[21] GIROTO A S, GUIMARAES G G F, RIBEIRO. A Novel, Simple route to produce urea: urea–formaldehyde composites for controlled release of fertilizers., 2017, 6: 1-11.

[22] 魯如坤. 土壤農業化學分析方法. 北京: 中國農業科技出版社, 2004: 430-472.

LU R K,. Beijing: China Agricultural Science Technology Press, 2004: 430-472. (in Chinese)

[23] 高璐陽, 王懷利, 王曉飛, 鄭磊, 魏代國. 我國發展緩控釋肥的意義及前景. 磷肥與復肥, 2015, 30(4): 14-17.

GAO L Y, WANG J L, WANG X F, ZHENG L, WEI D G. The significance and prospect of slow/controlled release fertilizer development in China., 2015, 30(4): 14-17. (in Chinese)

[24] 徐明崗, 李菊梅, 李冬初, 叢日環, 秦道珠, 申華平. 控釋氮肥對雙季水稻生長及氮肥利用率的影響. 植物營養與肥料學報, 2009, 15(5): 1010-1015.

XU M G, LI J M, LI D C, CONG R H, QIN D Z, SHEN H P. Effect of controlled-release nitrogen on growth and fertilizer nitrogen use efficiency of double rice in southern China., 2009, 15(5): 1010-1015. (in Chinese)

[25] TRENKEL M E.. Paris: International Fertilizer Industry Association, 1997.

[26] 何佩華, 馬征平, 馬綺亞. 脲甲醛緩釋肥料的氮養分釋放特征及其肥效研究. 化肥工業, 2011, 38(4): 18-22.

HE P H, MA Z P, MA Q Y. Release characteristics of nitrogen nutrient from ureaformaldehyde slow-release fertilizer and study of its fertilizer efficiency., 2011, 38(4): 18-22. (in Chinese)

[27] JAHNS T, EWEN H, KALTWASSER H. Biodegradability of urea-aldehyde condensation products., 2003, 11(4): 155-159.

[28] HUSBY C E, NIEMIERA A X, HARRIS J R, WRIGHT R D. Influence of diurnal temperature on nutrient release patterns of three polymer-coated fertilizers., 2003, 38(3): 387.

[29] TLUSTOS P, BLACKMER A M. Release of Nitrogen from urea form fractions as influenced by soil pH., 1995, 41(2): 117-124.

[30] ALEXANDER A, HELM H U. Ureaform as a slow release fertilizer: a review.,1990, 153(4): 249-255.

[31] PRADO A G S, AIROLDI C. The influence of moisture on microbial activity of soils.1999, 332: 71-74.

[32] 符建榮. 控釋氮肥對水稻的增產效應及提高肥料利用率的研究. 植物營養與肥料學報, 2001, 7(2): 145-152.

FU J R. Effects of controlled release fertilizer on rice yield and N recovery.2001, 7(2): 145-152. (in Chinese)

[33] 魯艷紅, 聶軍, 廖育林, 周興, 謝堅, 湯文光, 楊曾平. 不同控釋氮肥減量施用對雙季水稻產量和氮素利用的影響. 水土保持學報, 2016, 30(2): 155-161.

LU Y H, NIE P, LIAO Y L, ZHOU X, XIE J, TANG W G, YANG Z P. Effects of application of controlled release nitrogen fertilizer n yield of double cropping rice and nitrogen nutrient uptake., 2016, 30(2): 155-161. (in Chinese)

[34] 李旭, 謝桂先, 劉強, 榮湘民, 易均, 謝勇, 何石福. 控釋尿素減量施用對稻田氮素徑流和滲漏損失的影響. 水土保持學報, 2015, 29(5): 70-74.

LI X, XIE G X, LIU Q, RONG X M, YI J, XIE Y, HE S F. Effect of reducing amount of controlled release urea on nitrogen runoff and leakage loss in paddy field., 2015, 29(5): 70-74. (in Chinese)

[35] 魏海燕, 李宏亮, 程金秋, 張洪程, 戴其根, 霍中洋, 許軻, 郭保衛, 胡雅杰, 崔培媛. 緩釋肥類型與運籌對不同穗型水稻產量的影響. 作物學報, 2017, 43(5): 730-740.

WEI H Y, LI H L, CHENG J Q, ZHANG H C, DAI Q G, HUO Z Y, XU K, GUO B W, HU Y J, CUI P Y.Effects of slow/controlled release fertilizer types and their application regime on yield in rice with different types of panicle., 2017, 43(5): 730-740. (in Chinese)

[36] 胡春花, 羅革彬, 曾建華, 潘孝忠. 不同類型緩釋氮肥對水稻產量和氮肥利用率的影響. 中國農學通報, 2011, 27(15): 174-177.

HU C H, LUO G B, ZHEN J H, PAN X Z. Influence of different types of slow-release nitrogen fertilizer on rice yield and nitrogen fertilizer use efficiency.2011, 27(15): 174-177. (in Chinese)

[37] 許仙菊, 馬洪波, 寧運旺, 汪吉東, 張永春. 緩釋氮肥運籌對稻麥輪作周年作物產量和氮肥利用率的影響. 植物營養與肥料學報, 2016, 22(2): 307-316.

XU X J, MA H B, NING Y W, WANG J D, ZHANG Y C. Effects of slow-released nitrogen fertilizers with different application patterns on crop yields and nitrogen fertilizer use efficiency in rice-wheat rotation system., 2016, 22(2): 307-316. (in Chinese)

[38] OTAKE Y, KOBAYASHI T, ASABE H, URAKAMI N, ONO K. Biodegradation of low-density polyethylene, polystyrene, polyvinyl chloride, and urea formaldehyde resin buried under soil for over 32 years., 1995, 56: 1789-1796.

[39] 呂云峰. 脲甲醛緩釋肥料. 磷肥與復肥, 2009, 24(6): 8-10.

Lü Y F. Urea-formaldehyde slow release fertilizers., 2009, 24(6): 8-10. (in Chinese)

[40] 張文輝, 丁巍巍, 張勇, 張峻煒, 梅丹丹. 脲甲醛緩釋肥料的研究進展. 化工進展, 2011, 30(s1): 437-441.

ZHANG W H, DING W W, ZHANG Y, ZHANG J W, MEI D D. Research advance on urea-formaldehyde slow-release fertilizer., 2011, 30(s1): 437-441. (in Chinese)

[41] AARNIO T, MCCULLOUGH K, TROFYMOW J A. Fate of urea and ureaformaldehyde nitrogen in a one year laboratory incubation with douglas-fir forest floor., 1996, 28(10): 1407-1415.

[42] IKEDA S, SUZUKI K, KAWAHARA M, NOSHIRO, TAKAHASHI. An assessment of urea-formaldehyde fertilizer on the diversity of bacterial communities in onion and sugar beet., 2014, 29(2): 231-234.

（責任編輯 李云霞，趙伶俐）

Effect of One-off Application of Poly Urea-Formaldehyde Fertilizer Under Reduced N Rate on Double Cropping Rice

HUANG QiaoYi, ZHANG Mu, HUANG Xu, TANG ShuanHu, ZHANG FaBao, PANG YuWan, YI Qiong, LI Ping, FU HongTing

(Institute of Agricultural Resources and Environment, Guangdong Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Plant Nutrition and Fertilizer in South Region, Ministry of Agriculture/ Guangdong Key Laboratory of Nutrient Cycling and Farmland Conservation, Guangzhou 510640)

【Objective】This experiment was carried out to study the effect of one-off application of poly urea- formaldehyde fertilizer with reduced N rate on double rice and to explore the possibility of one-off application of poly urea- formaldehyde fertilizer on double rice, thus providing a theoretical basis for simple and easy, synergistic and less nitrogen fertilizer practice, so as to increase fertilizer efficiency, and reduce the non-point source pollution.【Method】The conventional rice variety “Jingxiang Simiao” was used in a field experiment. One year field experiment, including early rice and late rice, was conducted. Under the conventional total N input of 180 kg·hm-2, the one-off application of poly urea-formaldehyde fertilizer with reduced 0, 23%, 38% and 47% N rate (UF1, UF2, UF3 and UF4, respectively), conventional fertilization (CF, 50% of base fertilizer, 20% of turning green fertilizer and 30% of elongation fertilizer), and no nitrogen fertilizer (CK) were designed. All the experimental fields were fertilized with P2O555 kg·hm-2and K2O 130 kg·hm-2, which were supplied by calcium superphosphate and potassium chloride.Research mainly focused on the influence of one-off application with reduced N rate on the yield, biomass, NPK contents of the above-ground portion, nitrogen use efficiency of rice, and the inorganic nitrogen content in soil. 【Result】(1) There were no significant differences in the grain yields of early and late rice among CF, UF1, and UF2 treatments. The grain yield of early rice under UF3 treatments reduced significantly by 7.52% comparing with CF treatment (＜0.05). The grain yield of early and late rice under UF4 treatment all decreased significantly by 9.84% and 9.75%, respectively, comparing with CF treatment (＜0.05). (2) Comparing with CF treatment, the effective panicles per hill for early rice and late rice in treatment UF4 were 0.80 and 0.39 less, while the decrease during early rice had reached significant level (＜0.05). UF1, UF2 and UF3 treatments had the similar effective panicles, filled grains per panicle, filled grain rate, and 1000-grain weight of early rice and late rice with CF treatment. (3) The contents and accumulations of N, P and K in the straw and grain of the early and late rice under UF1 and UF2 treatments were not significantly different from the CF treatment. While the content and accumulation of N in the straw of late rice under UF3 treatment were lower by 30.73% and 23.60% respectively than CF treatment (＜0.05). And the UF4 had the lowest N content, N accumulation of early rice and late rice, which were 22.82% and 26.82% less, respectively, than CF treatment (＜0.05). (4) Comparing with CF treatment, UF2, UF3 and UF4 treatments had increased partial factor productivity of N fertilizer by 24.37%, 49.24% and 70.89%, respectively (＜0.05). But no significant differences in the agronomic efficiency of N fertilizer, N recovery efficiency, and physiological efficiency of N fertilizer among all fertilization treatments were observed. (5) No significant differences in the available inorganic N content in soil after rice harvest between UF and CF treatments were detected, but the total N content in the soil was slightly higher than that under CF treatment. Therefore, poly urea-formaldehyde fertilizer could be used as the special slow release fertilizer in the one-off fertilization technology for early and late rice.【Conclusion】UF2 treatment, the one-off application of poly urea-formaldehyde fertilizer with reduced 23% N rate had obtained relatively high grain yield and nitrogen use efficiency in early and late rice seasons, and the cost of which was equal to CF. It was concluded that this fertilizer application method could be served as the an effective way to simplified fertilization and reduce N application in early and late rice cultivation.

rice; poly urea formaldehyde; one-off fertilization; nitrogen use efficiency; yield

10.3864/j.issn.0578-1752.2018.20.017

2018-01-29；

2018-05-18

國家公益性行業（農業）科研專項（201503123、201303103）、廣東省科技計劃（2016A020210035）

黃巧義，Tel：020-32885730；E-mail：huangqiaoyi@hotmail.com。通信作者唐拴虎，Tel：020-38469594；E-mail：tfstshu@yahoo.com.cn